專利名稱：用于純化水的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種用于純化水的設(shè)備。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的目的是提供一種用于從非純水(impure water)如海水中收集純 化水的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種用于純化水的設(shè)備，其特征在于，該 設(shè)備包括蒸發(fā)室；頂蓋，其設(shè)置在該蒸發(fā)室的上方；冷凝室；以及用于允 許外界的流動(dòng)空氣(wind air)進(jìn)入蒸發(fā)室的裝置，該蒸發(fā)室設(shè)置為容納一泓 非純水，該頂蓋能夠透過日光輻射，以使日光輻射加熱非純水以增大其蒸發(fā) 作用，而冷凝室設(shè)置為由于外界氣流的作用接收來自蒸發(fā)室的含水分的空 氣，并使含水分的空氣中的水分在冷凝室內(nèi)凝結(jié)。
人們己發(fā)現(xiàn)，在蒸發(fā)過程中，流動(dòng)空氣穿過蒸發(fā)室的移動(dòng)通過降低空氣 變?yōu)樗羝柡蛻B(tài)的可能性，因而提高了蒸發(fā)率。
本發(fā)明的重要方案源自于這樣的事實(shí)具有高水蒸汽含量的空氣的密度 比干空氣低。這有助于含水蒸汽的空氣形成對流，減少了操作該系統(tǒng)所需的 能量。


現(xiàn)在將參照附圖，借助于實(shí)例來描述本發(fā)明，在附圖中
圖l-A是根據(jù)本發(fā)明的用于純化水的設(shè)備的示意性俯視圖(aerialview)， 該設(shè)備尤其適用于封閉水域面(shelteredwater,被掩護(hù)的水域)諸如海灣、 湖泊及珊瑚礁水域，該設(shè)備采用透明頂蓋的形式，穿過該頂蓋安裝一漏斗， 該漏斗用以捕獲流動(dòng)空氣(wind air)并引導(dǎo)頂蓋下的氣流穿過多個(gè)槽排入冷凝室；
圖l-B是圖l-A的設(shè)備的示意性豎直截面圖，圖中示出了作為冷凝室的 周邊浮體；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于純化水的設(shè)備，該設(shè)備同樣適用 于浮在封閉水域中，但可適于安裝在陸地上，在該設(shè)備中，水蒸汽到冷凝室 的移動(dòng)是通過由風(fēng)力渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心風(fēng)扇幫助完成的；
圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的用于純化水的設(shè)備的俯視圖和豎直橫向 截面圖AA、 BB、 CC、 DD和EE，該設(shè)備的功能與圖l-A和圖l-B所示的 設(shè)備類似，但在該設(shè)備中，透明的頂蓋采用安裝于側(cè)向浮體上的透明漏斗的 形式；
圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的用于純化水的設(shè)備的豎直縱向截面圖， 在該設(shè)備中，透明的罩位于海水表面上方，圖中示出被覆蓋的空間如何能夠 延續(xù)為向上通向高處的冷凝室的陸地上的管道；
圖5是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的用于純化水的設(shè)備的豎向截面圖，在該 設(shè)備中，漏斗及其附連的終端冷凝室由比空氣輕的環(huán)形氣球或其他合適的支 持物支持在高處，被日光輻射加熱并含有從下面的海水表面或從非純水的池 塘中蒸發(fā)出的水分的空氣依靠對流而上升進(jìn)入冷凝室；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的用于純化水的設(shè)備，該設(shè)備適合于安 裝在具有潮汐河口 (tidal estuary)的海岸區(qū)，這種潮汐河口能夠有助于海水 流入靠近升高的陸地的、大的蒸發(fā)塘，水蒸汽可通過對流而沿該升高的陸地 上升；以及
圖7是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的用于純化水的設(shè)備的下部的示意性豎直 截面圖，在該設(shè)備中，水蒸汽的管道系統(tǒng)(ducting)和水冷凝的設(shè)置結(jié)構(gòu)可 采用類似于前述各圖中描述的形式，但最適合使用圖4中所示的靠近峭壁的 設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，使用相同的附圖標(biāo)記來指示本發(fā)明的不同實(shí)施例中的設(shè)備的 相似的部件。
此外，在以下的說明中，要理解的是盡管本發(fā)明適用于海水，但是其也適用于任何非純水的大量蓄積(accumulation)。
附圖中的圖1-A示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備20，其中所示的冷凝室8漂浮在 封閉水域2中。如圖l-B中所進(jìn)一步描述的，冷凝室8采用設(shè)有端口的槽 (gutter)或?qū)Ч艿男问?。該槽繞著也在圖l-B中相關(guān)地描述的頂蓋5的周邊 延伸。設(shè)置至少一個(gè)風(fēng)漏斗14。風(fēng)漏斗14具有大致豎直的管道15，并安裝 在頂蓋5上的高的位置處，以便將進(jìn)入漏斗14的風(fēng)導(dǎo)入由頂蓋5和槽8限 定出的蒸發(fā)室3。流動(dòng)空氣從蒸發(fā)室3穿過冷凝室8流到外界空氣中。
如圖l-B中所示，頂蓋5優(yōu)選地由雙層的材料(如透明塑料或玻璃)形 成，并根據(jù)需要由金屬、塑料、木材或其他堅(jiān)固的材料支撐。頂蓋5的上部 具有至少一個(gè)開口，該開口通過具有豎直軸線的支承件(bearing) 13而密封 地固定到風(fēng)漏斗14的管道15。風(fēng)漏斗14帶有風(fēng)向標(biāo)16，支承件13可根據(jù) 需要安裝在頂蓋支柱或托梁上，或安裝在固定到海水2的水底的實(shí)體框架上， 但重要的是，風(fēng)漏斗14和蒸發(fā)室3之間要具有足夠的間隙(opening)。在 任何一種安裝形式下，管道15通向蒸發(fā)室3，但在優(yōu)選的情況下，管道15 可安裝有翼片(flap)，該翼片通過配重或彈性裝置偏置以封閉管道15的通 向蒸發(fā)室3的開口，從而使該翼片易于被管道15內(nèi)的高于蒸發(fā)室內(nèi)壓力的、 較小的過量壓力打開，進(jìn)入漏斗的輕風(fēng)的作用足以打開翼片。冷凝室8的下 部可由導(dǎo)熱性良好的任何耐腐蝕板材構(gòu)成并且可防水，因而在優(yōu)選的情況 下，冷凝室8能夠保存純化的水并漂浮在海水2上。
冷凝室8的上部具有朝內(nèi)的端口 17，以使空氣能夠從蒸發(fā)室3進(jìn)入冷凝 室8。冷凝室8的上部具有朝外的端口 19，以使空氣能夠排到外部。在圖1B 中的同一截面上示出了端口 17、 19，但優(yōu)選地，端口 17、 19位于圍繞冷凝 室8的上部的、交替的位置處。優(yōu)選地，端口 17具有比漏斗14的管道15 更高的氣流阻力。
在操作中，吹入蒸發(fā)室3的風(fēng)拾取從由落到并穿過頂蓋5的日光輻射加 熱的海水2中蒸發(fā)的水分。由于空氣穿過端口 17受到的阻力并且還經(jīng)由位 于設(shè)備20周邊的基部的冷凝室8的壁散失熱量，所以空氣的壓力下降。結(jié) 果造成空氣的露點(diǎn)下降，并且在冷凝室8的壁上發(fā)生凝結(jié)，凝結(jié)的水隨后排 入冷凝室8的下部。在以這種方式除去水分之后的空氣經(jīng)由端口 19排到外 部，這些通向外部空氣的開口的尺寸足以確保即使在從漏斗輸送強(qiáng)風(fēng)時(shí)，冷凝室內(nèi)的壓力也不會(huì)顯著高于環(huán)境空氣壓力。
由蒸發(fā)室3和頂蓋5圍起的海水2的表面優(yōu)選地由黑色的塑料篩網(wǎng)或漂 浮的顆粒覆蓋，所述塑料篩網(wǎng)或漂浮的顆粒例如由低密度聚乙烯構(gòu)成，這種 設(shè)置的作用在于增加透過頂蓋5的日光輻射的吸收，從而使增加海水水體2 的蒸發(fā)率升高，并且使頂蓋5下面的水蒸氣的溫度升高。這樣就增加了蒸發(fā) 室3內(nèi)的空氣的水分含量。冷凝室8內(nèi)所收集的純化水根據(jù)需要而被用管道 輸送至合適的容納器(holding tank)或分配系統(tǒng)。落在頂蓋5上的雨水可經(jīng) 由端口 19而被收集，并加入到在冷凝室8中所收集的純化水中。在某些應(yīng) 用中，可在端口 19內(nèi)安裝過濾裝置，但這種過濾裝置必須只具有較低的氣 流阻力。
在圖2所示的本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例30適合于被構(gòu)造為漂浮的單元， 以使海水2可以通過圖中未示出的端口而與整體海水進(jìn)行交換。或者，設(shè)備 30可構(gòu)建在陸地上，而海水2可通過太陽能加熱管輸送到系統(tǒng)。透明的頂蓋 5覆蓋著位于海水2表面上方的蒸發(fā)室3。
在本發(fā)明的該實(shí)施例30設(shè)置為構(gòu)建在干的陸地上的實(shí)施形式中，在純 化過程中，海水2在具有堅(jiān)固的防水基部22和剛性側(cè)壁的通道內(nèi)流動(dòng)。在 通過蒸發(fā)濃縮之后，海水最終返回大?；虻V物加工廠。
在本發(fā)明的該實(shí)施例30設(shè)置為漂浮在封閉海水的區(qū)域的實(shí)施形式中， 通道采用允許海水與廣海進(jìn)行交換的框架的形式，而僅在為了堅(jiān)固性時(shí)需要 側(cè)壁。
風(fēng)扇32，優(yōu)選為離心式風(fēng)扇，由風(fēng)力渦輪機(jī)35驅(qū)動(dòng)，在此所示的為具 有豎直軸的達(dá)里厄(Darrieus)型風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)35安裝在基部 22上并驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇32。蒸發(fā)室3內(nèi)的空氣可進(jìn)入風(fēng)扇32并經(jīng)由管道33被排 出。管道33可以為多個(gè)，但要根據(jù)實(shí)際情況使穿過頂蓋3到達(dá)海水2的日 光輻射盡可能多地進(jìn)入。
在需要形成細(xì)長的設(shè)備的情況下，縱向歧管和多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)35可能 是理想的。
當(dāng)風(fēng)使風(fēng)力渦輪機(jī)35轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)力渦輪機(jī)35的運(yùn)行而使離心地穿 過管道33的空氣處于增大的壓力下；并且當(dāng)太陽照射時(shí)，管道33將吸收某 些日光輻射，以增加管道33中的含水蒸氣的空氣的熱量。由風(fēng)力渦輪機(jī)35向外驅(qū)動(dòng)的空氣從管道33穿過孔27進(jìn)入第一冷凝室28，該冷凝室28圍起 海水2，并且該冷凝室28在本發(fā)明的設(shè)置為漂浮在海水上的形式下通過暴露 于廣海中而被冷卻。
在設(shè)備30的基于陸地的設(shè)置形式中，冷凝室28通過暴露在露天中而被 冷卻。含水蒸氣的空氣在一些水分凝結(jié)之后，根據(jù)當(dāng)前(prevailing)的氣候 條件，經(jīng)由尺寸受限的端口29流出冷凝室28，流入第二蒸發(fā)室38。再者， 如同在第一蒸發(fā)室3中的情況，根據(jù)設(shè)備30是構(gòu)建在陸地上還是構(gòu)建在海 水，冷卻可通過暴露在廣?；虮┞对诼短熘羞M(jìn)行。
這里需要說明的是，設(shè)備30的這種中間變型可能是優(yōu)選的冷凝室28 為細(xì)長形，以將含水蒸氣的空氣運(yùn)送到陸地上的構(gòu)建有第二冷凝室38的地 點(diǎn)，該地點(diǎn)優(yōu)選為高處的地點(diǎn)。
無論第二冷凝室38的哪一種實(shí)施形式是優(yōu)選的，均安裝空氣出口 34， 并且這種實(shí)施形式優(yōu)選地在空氣出口的頂部設(shè)有風(fēng)動(dòng)排氣扇36以幫助將空 氣壓力保持為盡實(shí)際可能的低?？諝獬隹?34優(yōu)選為具有相當(dāng)大的長度，空 氣出口 34通過暴露于露天中并首先被引導(dǎo)穿過海水2而被冷卻，從而可使 未在冷凝室28中凝結(jié)的一部分水蒸汽凝結(jié)并向下排入到冷凝室38中。
隨后，在蒸發(fā)室3中凝結(jié)的水和排入蒸發(fā)室3的水被排入純化水通道6， 以便根據(jù)需要通過合適的泵和管路而被分配到容納器和需要的區(qū)域?？諝饪?經(jīng)由周邊的多個(gè)翼片進(jìn)入蒸發(fā)室3，所述翼片設(shè)置為當(dāng)受到從外部大致垂直 地進(jìn)入的風(fēng)的作用時(shí)向內(nèi)打開，或者如圖2所示，空氣可通過一個(gè)或多個(gè)漏 斗14而被輸送。在設(shè)備30的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，通過漏斗14進(jìn)入的空 氣通過向下引導(dǎo)的管道25被引導(dǎo)，該管道25的開口略低于海水水體2的表 面，從而形成使用于蒸發(fā)的表面積增大的氣泡。在設(shè)備30的優(yōu)選實(shí)施方式 中，黑色塑料篩網(wǎng)或球設(shè)置為在海水2的表面上漂浮，以提高白天期間對日 光輻射的吸收。
圖3示出本發(fā)明的設(shè)備40的替代實(shí)施形式，該設(shè)備為漂浮在側(cè)向浮體 48上的漸細(xì)的管狀結(jié)構(gòu)42，該浮體48連接到停泊點(diǎn)(mooring) 43，該結(jié) 構(gòu)42可像羽翼一樣飄在風(fēng)中，以使漏斗狀開口41 (見截面A-A)可以捕獲 氣流。漏斗狀開口 41優(yōu)選地在連接至停泊點(diǎn)43上的高位置處的幫助下，利 用彎曲的肋來保持張開。該上部停泊點(diǎn)連接件優(yōu)選地采用向下傾斜至漏斗狀開口 41的板的形式，因此具有增大進(jìn)入漏斗狀開口 41的風(fēng)的進(jìn)入量的作用。 透明的罩44的側(cè)面分別固定到側(cè)向浮體48的上表面，并且該罩44保持處 于海水2的表面上方，這在罩44例如由波紋狀聚碳酸酯構(gòu)成時(shí)利用罩44的 剛性來實(shí)現(xiàn)，或者，在罩由柔性材料如聚乙烯構(gòu)成時(shí)利用設(shè)置在浮體48上 的肋來實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)置形成了這樣一種蒸發(fā)室46:其側(cè)面由浮體48限定， 其底部由海水2的表面限定，而其頂部和頂側(cè)部由透明的罩44限定。在圖 l-A、圖l-B和圖2所示的實(shí)施例中，在靠近海水2的表面處放置黑色的吸 熱篩網(wǎng)可能非常有利。
在靠近線A-A的橫截面圖中示出了寬的漏斗狀開口 41。隨著距漏斗狀 開口 41的距離的增加，蒸發(fā)室46的橫截面面積減小。這種情形在靠近線 B-B和線C-C的橫截面圖中示出。漏斗狀開口41向下逐漸變窄為導(dǎo)管45， 該導(dǎo)管45較小的截面積，如靠近線D-D的橫截面圖中所示。導(dǎo)管45優(yōu)選地 由高導(dǎo)熱率的材料構(gòu)成，以增加由于經(jīng)過漏斗狀開口 41吹入的風(fēng)的一部分 動(dòng)量轉(zhuǎn)化為熱能所產(chǎn)生的熱的消散速度。由于在經(jīng)過透明的罩44之下時(shí)經(jīng) 過海水2上方而導(dǎo)致絕對濕度增大的空氣可穿過導(dǎo)管45進(jìn)入冷凝室29?？?氣可在冷凝室29中迅速膨脹，導(dǎo)致溫度降低，從而使水凝結(jié)。凝結(jié)的水可 積聚在冷凝室29的內(nèi)壁上和穿過冷凝室29的頂部開口的排氣槽49的壁上。 冷凝室29和槽49的壁優(yōu)選地由金屬片(sheet metal)構(gòu)成，在本發(fā)明的這 一優(yōu)選實(shí)施形式下的整個(gè)室能夠方便地漂浮在海水2的表面上。導(dǎo)管45、冷 凝室29和槽49優(yōu)選地安裝有肋或鰭片(fm)，以增大它們的表面積，從而 增大熱散失到周圍環(huán)境的速度。類似地，在這些結(jié)構(gòu)上方優(yōu)選地安裝遮蔽件 以減少到達(dá)這些結(jié)構(gòu)的日光輻射的量。
蒸餾的水或純化的水通過合適的管路引導(dǎo)并泵送到需要的區(qū)域。在一種 優(yōu)選的設(shè)置方式中，蒸餾的水被泵送回安裝在停泊點(diǎn)43頂部的容納器，該 停泊點(diǎn)43在這種設(shè)置方式中采用安裝在海底上的堅(jiān)固的標(biāo)桿(pylon)的形 式。設(shè)備40另一種可選的優(yōu)選改進(jìn)是小型風(fēng)力渦輪機(jī)及相同的或第二風(fēng) 力渦輪機(jī)，該小型風(fēng)力渦輪機(jī)由安裝到導(dǎo)管45的頂部的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)并操作 一使空氣加速地從蒸發(fā)室46進(jìn)入導(dǎo)管45的風(fēng)扇，相同的或第二風(fēng)力渦輪機(jī) 使一設(shè)置為在風(fēng)吹時(shí)讓空氣加速地穿過槽49排出并用于降低冷凝室29內(nèi)的 空氣壓力的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4示出了設(shè)備50，該設(shè)備50總體上類似于圖3所示的設(shè)備，但在本 發(fā)明的這一優(yōu)選實(shí)施形式中，蒸發(fā)室46跨過海岸線51延伸到陸地上，以與 實(shí)體基部55—起形成對流管道56。透明的頂蓋44支撐在浮體48上，或根 據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，支撐在利用海底上的標(biāo)桿安裝的側(cè)向?qū)Ч苌?。所示的風(fēng)漏斗14 通過管道15通向蒸發(fā)室46，其與圖l-A和圖l-B中所示的設(shè)置方式類似。 然而，在優(yōu)選的情況下，再根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，外周壁可安裝在浮體48上或安 裝在海底上，并支撐蒸發(fā)室的罩44。在這種設(shè)置中，設(shè)備50的優(yōu)選實(shí)施形 式為使蒸發(fā)室46形成與圖1A和圖1B所示類似的、較寬的空間。優(yōu)選地， 風(fēng)隨后由多個(gè)翼片捕獲，所述翼片在靜止?fàn)顟B(tài)下是關(guān)閉的，但容易被朝內(nèi)吹 送，以使風(fēng)能夠進(jìn)入蒸發(fā)室46。
對流管道56的基部55優(yōu)選地位于上升的陸地上，并由高熱容量的材料 構(gòu)成，由于基部55在白天期間吸收穿過頂蓋44的日光輻射，使基部55的 溫度能夠超過環(huán)境溫度，因此有助于使流過基部55的水蒸汽保持升高的溫 度。通過輸送到蒸發(fā)室46的風(fēng)的驅(qū)動(dòng)和穿過對流管56的對流而向上移動(dòng)的 水蒸汽的動(dòng)量導(dǎo)致靠近導(dǎo)管45的出口的壓力升高，由于通入冷凝室28的開 口的橫截面積較小，這就對流動(dòng)提供了高阻力。在優(yōu)選的情況下，或者可通 過在導(dǎo)管45內(nèi)引入發(fā)電風(fēng)扇來使對含水蒸汽的空氣的流動(dòng)阻力變高。如此 產(chǎn)生的電力可以按照多種方式來幫助設(shè)備的50操作，例如通過驅(qū)動(dòng)小型常 規(guī)的相變冷卻系統(tǒng)，以在冷凝室28內(nèi)提供局部冷卻的表面，從而增大凝結(jié) 率；通過驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)諸如液位計(jì)(level meter)和流量閥，以驅(qū)動(dòng)小型水 泵，并且如果需要的話，用于驅(qū)動(dòng)排氣扇，該排氣扇在優(yōu)選的情況下可安裝 到通風(fēng)孔49的頂部以降低冷凝室28內(nèi)的壓力。 一旦從導(dǎo)管45進(jìn)入冷凝室 28，含水蒸汽的空氣的壓力進(jìn)而是其溫度迅速下降，從而使水蒸汽凝結(jié)，凝 結(jié)的水脫離冷凝室28的壁和該冷凝室上方的排氣孔49的內(nèi)壁而被收集。在 冷凝室28中收集的、經(jīng)純化的或適于飲用的水可由常規(guī)的裝置用管路輸送 到容納器和分配系統(tǒng)。設(shè)備50的這一實(shí)施方式的另一種理想但為可選的改 進(jìn)為引入風(fēng)力渦輪機(jī)57，以驅(qū)動(dòng)安裝在導(dǎo)管45內(nèi)的壓縮機(jī)風(fēng)扇，從而使作 用于該風(fēng)力渦輪機(jī)57上的風(fēng)增加進(jìn)入導(dǎo)管45的含水蒸汽的空氣的壓力。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備60的另一個(gè)優(yōu)選的替代實(shí)施例。該設(shè)備在 原理上類似于圖4所示的本發(fā)明的形式，但在該實(shí)施例中，由于濕空氣的密度較低，因而期望對流比進(jìn)入的風(fēng)在使水蒸汽穿過水蒸汽通道62向上移動(dòng)
方面發(fā)揮更大的作用。透明的罩67安裝為距封閉海水體2表面上方的短距 離處，并且所覆蓋的空氣的周邊基本上通過朝內(nèi)打開的翼片63通向外部空 氣。這種安裝可以位于在停泊的浮體上，或者位于優(yōu)選為固定到海底的標(biāo)桿 上，或者位于陸地上。然而，另一個(gè)替代的優(yōu)選實(shí)施例，從合適的水源運(yùn)送 的海水可經(jīng)由太陽能加熱管運(yùn)送到陸地上的淺池(flat pond)。在本發(fā)明的 這一替代的實(shí)施形式中，透明的罩67可安裝到具有開口63的外周壁，各開 口 63使吹入的風(fēng)能夠進(jìn)入。
透明的罩67大致為圓頂型或圓錐形，并可由剛性透明塑料材料(如波 紋狀聚碳酸酯)形成，或由柔性透明塑料材料形成。
在任一種情況下，罩67根據(jù)需要由合適的剛性支撐柱、梁(girder)和 柱支撐。這些結(jié)構(gòu)必須提供與入射到海水2的表面上的日光輻射的最小干涉。 水蒸汽通道62從透明的罩67上的高位置處向上開口。水蒸汽通道62可以 是剛性的，并由合適的框架支撐，該框架固定到該頂蓋并且如需要的話固定 到海底。
在一種替代結(jié)構(gòu)中，至少水蒸汽通道62的上部可由柔性材料構(gòu)成，并 借助比空氣輕的圓形板條(batten)或填充有比空氣輕的氣體(例如氦)的、 環(huán)形外周的氣球而保持打開呈大致為圓形的橫截面。水蒸汽通道62經(jīng)由橫 截面積受限的開口 65通向位于其上方的冷凝室66，從而在含水蒸汽的空氣 從水蒸汽通道62向上進(jìn)入冷凝室66時(shí)提供壓降。在優(yōu)選的情況下，可通過 在開口 65內(nèi)引入發(fā)電風(fēng)扇而增大這種對流動(dòng)的限制。該發(fā)電風(fēng)扇可具有冷 卻葉片。進(jìn)入冷凝室66的水蒸汽經(jīng)歷壓力和溫度的迅速下降，導(dǎo)致水在冷 凝室66的壁和向外開啟的排氣孔49的內(nèi)表面凝結(jié)，排氣孔49可安裝有排 氣扇36以幫助在冷凝室66內(nèi)保持低的壓力。冷凝室66的底板中的一個(gè)或 多個(gè)開口密封地連接到合適的管路，從而允許蒸餾的水被向下排放到合適的 容器及分配系統(tǒng)。至少將水蒸汽通道62的下部安裝到剛性框架上的優(yōu)點(diǎn)在 于這種框架也能夠用于安裝高于海平面的蒸餾水箱。在優(yōu)選的情況下，比 空氣輕的氣球68可連接至冷凝室66，以幫助保持蒸汽通道62的向上的取向。
在操作中，海水2的表面與透明頂蓋67之間的區(qū)域用作蒸發(fā)室26。其 有效性可通過飄浮在海水表面或懸掛在海水表面附近的一層黑色顆粒(bead)或篩網(wǎng)來增強(qiáng)。另外，在某些環(huán)境下，優(yōu)選地可使頂蓋67的至少一部分由 不透明的黑色材料形成，并優(yōu)選地帶有沿徑向朝下的引導(dǎo)肋，由此將太陽熱 從熱的頂蓋傳遞到海水表面并傳遞到空氣中。由溫暖的海水表面加熱的空氣
在通道62內(nèi)通過對流而上升，并且空氣的向上的動(dòng)量部分地轉(zhuǎn)化為靠近頂 部的壓力能，同時(shí)一些熱量經(jīng)由通道62的壁散失。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備70，該設(shè)備70適合于安裝在具有潮汐河口 的海岸區(qū)，這種潮汐河口能夠有助于海水流入到靠近升高的陸地的、大的蒸 發(fā)塘，水蒸汽可通過對流從這些蒸發(fā)塘的頂蓋上的管道上升到山頂?shù)睦淠?室。海岸線51被選擇為具有呈漸縮形狀的河口，這種河口形狀會(huì)導(dǎo)致其尖 端形成高潮?；蛘?，可利用海堤(seawall)和挖掘來形成這種漸縮的河口 。 通道或管路將海水2的潮汐流運(yùn)送到蓄水池(holding reservoir) 73，海水從 該蓄水池73以根據(jù)需要由閥和泵72控制的速度，經(jīng)由太陽能加熱管線75 流入淺的蒸發(fā)塘81。管線75優(yōu)選地具有較大的黑色表面，如可由并聯(lián)的黑 色金屬管路或具有粗糙的黑色底板的淺通道形成，并可由透明的熱絕緣罩 (例如雙層的有機(jī)玻璃或聚碳酸酯板)覆蓋。由此，流過管線75的海水 以升高的溫度到達(dá)蒸發(fā)塘81。
在圖6中，所示的蒸發(fā)塘81通過管路串聯(lián)連接，但優(yōu)選的設(shè)置方式為 管線75鄰近蒸發(fā)塘81延伸，并根據(jù)需要經(jīng)由控制閥供給有經(jīng)日光加熱的海 水，以保持該蒸發(fā)塘內(nèi)的淺的海水層。
蒸發(fā)塘81具有熱絕緣的透明罩，其與圖5所示的透明罩類似；以及 一個(gè)或多個(gè)的對流管道62，其從透明的罩中的頂點(diǎn)或高位置處開口。蒸發(fā)塘 81的底板優(yōu)選地由具有黑色表面的堅(jiān)固的材料，如鋼筋混凝土 (reinforced concrete)構(gòu)成，以使其對太陽能的吸收最大化。蒸發(fā)塘81優(yōu)選地座落在如 沙丘或沿岸峭壁之類的脊部83的腳下的較低陸地上。管道62為絕緣的以防 止熱損失，但優(yōu)選為與圖4中的對流管道56類似地具有雙層透明頂蓋及黑 色的輻射吸收底板。設(shè)備70的其它特征也與圖4所示的設(shè)備50類似，管道 62設(shè)置為將水蒸汽向上運(yùn)送到冷凝室28，該冷凝室28優(yōu)選為座落在高處的 位置，諸如脊部83。蒸發(fā)塘81具有設(shè)置為收集流動(dòng)空氣的開口如漏斗，或 設(shè)置為向內(nèi)打開的翼片，所述翼片易于由風(fēng)或由蒸發(fā)塘81內(nèi)的海水與透明 罩之間的蒸發(fā)室內(nèi)的較低壓力而向內(nèi)吹動(dòng)。具有高的水蒸汽含量的空氣將在任何吹入蒸發(fā)室的風(fēng)的幫助下、但可在與壓縮機(jī)風(fēng)扇連接的風(fēng)力渦輪機(jī)57 的進(jìn)一步幫助下在管道62內(nèi)通過對流而上升，該風(fēng)力渦輪機(jī)57設(shè)置為幫助 含水蒸汽的空氣經(jīng)由受限的開口或經(jīng)由發(fā)電風(fēng)扇而進(jìn)入冷凝室28。如圖6所 示的容器86用于儲(chǔ)存純化水，所儲(chǔ)存的純化水能夠通過管88而方便地分配 到需要的區(qū)域。通過蒸發(fā)濃縮的海水根據(jù)需要在泵和閥的幫助下、或優(yōu)選地 通過在低潮時(shí)允許流動(dòng)的定時(shí)閥(timedvalve)的幫助下，經(jīng)由管78流回大 海。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的設(shè)備80。在本發(fā)明的這種實(shí)施形式 下，水蒸汽傳送和冷凝的設(shè)置方式可與此前所述的任何一種或多種設(shè)置方式 類似，但尤其適用于結(jié)合圖4、圖5及圖6中描述的構(gòu)思。在圖7中，優(yōu)選 地通過變速箱92產(chǎn)生作用的風(fēng)力渦輪機(jī)91使豎直管93圍繞近似豎直的軸 線轉(zhuǎn)動(dòng)。管93向下通入海水2中。管93的頂端通向一個(gè)或多個(gè)徑向管94， 所述徑向管94優(yōu)選為關(guān)于豎直的旋轉(zhuǎn)軸平衡。管94的外端部通入蒸發(fā)室96 中，從而在這些管94通過風(fēng)力渦輪機(jī)91而以高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，海水被利用離心 力從管94的外端部噴出，并且海水被從海水2經(jīng)由管93向上抽吸。由于管 94的轉(zhuǎn)動(dòng)，從管94的外端部噴出的海水將呈現(xiàn)良好的分叉噴流。蒸發(fā)室96 優(yōu)選地具有比管94大得多的直徑，并具有透明的罩97，日光輻射能夠經(jīng)由 罩97加熱所呈現(xiàn)的海水噴流、管94及蒸發(fā)室96的底板100。
如果需要的話，可在外壁103上安裝向外傾斜的反射表面以提高對太陽 能的收集。壁103安裝在海底或安裝在容納有海水的池塘或通道的底部，如 圖6中舉例示出并適合于設(shè)備80的條件及應(yīng)用情況。設(shè)備80的底板100部 分開啟，以允許將未蒸發(fā)的海水排回到海下，并允許空氣上升進(jìn)入蒸發(fā)室96。 進(jìn)入蒸發(fā)室96的空氣能夠經(jīng)由蒸發(fā)室的頂蓋67中的孔排出，該頂蓋67中 的孔上固定有水蒸汽通道62。優(yōu)選地，將水蒸汽通道62的下端安裝成以與 由管94的尖端所沿循的圓大致相切的角度，穿過蒸發(fā)室的頂蓋67，并且大 致沿著所述尖端的旋轉(zhuǎn)方向而且具有向外的徑向部件。
在這一方式下，與離心風(fēng)扇的作用類似的旋轉(zhuǎn)管94驅(qū)動(dòng)空氣進(jìn)入水蒸 汽通道62。由于濕空氣密度較低并通過優(yōu)選為由風(fēng)力渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇所產(chǎn) 生的吸力，使水蒸汽經(jīng)由水蒸汽通道62的向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步被加速，其中該 風(fēng)扇用于驅(qū)動(dòng)水蒸汽進(jìn)入冷凝室，如圖4所示?；蛘?，圖5所示的壓縮和水蒸汽的設(shè)置結(jié)構(gòu)可安裝到本發(fā)明的該實(shí)施例中。
在本發(fā)明的設(shè)備的操作中，主要的熱源是冷凝熱。這種熱必須從冷凝室 的壁和任何冷凝表面散失。因此，必須使熱能夠傳入周圍環(huán)境如空氣、或海 水或該設(shè)備所在的地面中。這種熱量損失可通過流動(dòng)空氣，通過在升高的地 點(diǎn)處所產(chǎn)生的較低氣溫來加速。其他情況下，非純水用作環(huán)境溫度下的散熱 器，來自太陽能加熱的水蒸汽的熱能夠傳入非純水中。
本發(fā)明的各種修改和變型，例如對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)為顯而易見的 修改和變型等，均被視為包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于純化水的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括蒸發(fā)室；頂蓋，其設(shè)置在該蒸發(fā)室的上方；冷凝室；以及用于允許外界的流動(dòng)空氣進(jìn)入該蒸發(fā)室的裝置，該蒸發(fā)室設(shè)置為容納一泓非純水，該頂蓋能夠透過日光輻射以使所述日光輻射加熱所述非純水以增大非純水的蒸發(fā)作用，并且該冷凝室設(shè)置為在外界風(fēng)的作用下從該蒸發(fā)室接收含水分的空氣，所述含水分的空氣中的水分在該冷凝室內(nèi)凝結(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備設(shè)置為漂浮在非 純水上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，該冷凝室圍繞該頂蓋的 周邊延伸，從而使該設(shè)備能夠漂浮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，該冷凝室設(shè)有向內(nèi)的 端口，其設(shè)置為從該蒸發(fā)室接收含水分的空氣；以及向外的端口，其設(shè)置為 使空氣能夠排放到外部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述向內(nèi)的端口設(shè)置一 限制件，以減小所述含水分的空氣的壓力和溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其特征在于，所述向外的端口的 尺寸設(shè)置為確保該冷凝室內(nèi)的壓力不顯著高于環(huán)境壓力。
7. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，該頂蓋上安裝 有風(fēng)漏斗，該風(fēng)漏斗設(shè)置為將流動(dòng)空氣導(dǎo)入該蒸發(fā)室。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括蒸發(fā)室， 其設(shè)置為容納非純水；以及風(fēng)扇，其由風(fēng)力渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，該風(fēng)扇包括向外延 伸的管道，其中該蒸發(fā)室內(nèi)的含水分的空氣進(jìn)入所述管道并通過離心力而被 向外驅(qū)動(dòng)以便進(jìn)入該冷凝室。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備設(shè)有用于將空氣 從該冷凝室排出的裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括浮體，其 設(shè)置為漂浮在非純水上； 一具有敞開的下端部的弓形結(jié)構(gòu)安裝至所述浮體， 一透明的罩固定至該弓形結(jié)構(gòu)上方的所述浮體上，該弓形結(jié)構(gòu)具有設(shè)置為接收流動(dòng)空氣的開口，該弓形結(jié)構(gòu)的尺寸隨著遠(yuǎn)離該開口而逐漸減小并終止于 一導(dǎo)管中，弓形導(dǎo)管通向冷凝室，空氣能夠在該冷凝室內(nèi)膨脹且水能夠從該 冷凝室凝結(jié)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的設(shè)備，其特征在于，該蒸發(fā)室設(shè)置為延伸 過海岸線直到陸地上，以形成對流管道，該對流管道設(shè)置為位于向上傾斜的 陸地上，以使含水分的空氣通過對流而從該蒸發(fā)室向上上升，該對流導(dǎo)管通 向狹窄的區(qū)域，該狹窄的區(qū)域接著通入該冷凝室，空氣能夠在該冷凝室內(nèi)膨 脹，并使水能夠從該冷凝室凝結(jié)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括水蒸汽通道 形式的對流管，該對流管從該頂蓋向上延伸并經(jīng)由限制件通向冷凝室，以使 空氣膨脹并使水從所述空氣中凝結(jié)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，該水蒸汽通道是柔性 的，并且該水蒸汽通道通過比空氣輕的裝置保持向外延伸的構(gòu)造。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備具有豎直管，該 豎直管具有浸入水中的下端部和設(shè)有徑向管的上端部，所述徑向管具有通入 該蒸發(fā)室的外端部，該豎直管設(shè)置為通過風(fēng)力渦輪機(jī)而沿軸向旋轉(zhuǎn)，從而使 水被抽入該豎直管并隨后進(jìn)入所述徑向管，水從所述徑向管以噴流的形式被 離心地排出；以及水蒸汽通道，其從該頂蓋向上延伸以通向冷凝室。
15. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，該冷凝室或附 近的結(jié)構(gòu)使熱量能夠散出到周圍環(huán)境中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該周圍環(huán)境為空氣或 非純水、或該設(shè)備所在的地面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于純化水的設(shè)備，該設(shè)備具有蒸發(fā)室(3)、頂蓋(5)、冷凝室(8)和流動(dòng)空氣進(jìn)入裝置(14、15)。蒸發(fā)室(3)容納一泓非純水(2)，頂蓋(5)能夠透過日光輻射。日光輻射加熱非純水，增大了蒸發(fā)作用，并且來自流動(dòng)空氣進(jìn)入裝置(14、15)的流動(dòng)空氣使含水分的空氣移入冷凝室(8)，水分在該冷凝室內(nèi)凝結(jié)。
文檔編號C02F1/14GK101432230SQ200780015439
公開日2009年5月13日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者馬克斯韋爾·埃德蒙·惠森 申請人:沃特聯(lián)合有限公司